DE10057031C1 - Vorrichtung für die Innenzentrierung von miteinander zu verschweißenden Rohrstößen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Innenzentrierung von miteinander zu verschweißenden Rohrstößen, mit zwei Stützkörpern, die jeweils eine äußere Konusfläche aufweisen, wobei die sich verjüngenden Abschnitte der Konusflächen gegeneineander gerichtet sind, mit einer Vielzahl von radial verschieblichen Zentrierelementen, die auf den Konusflächen abgestützt sind, und mit einer Spanneinrichtung, die die Stützkörper in axialer Richtung der Rohrstöße relativ zueinander bewegt. Eine konstruktiv einfache und kostengünstig herstellbare Vorrichtung, die auch montagefreundlich ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß jedem Stützkörper eine Reihe von Zentrierelementen zugeordnet ist, daß zwischen den beiden Stützkörpern ein Widerlager angeordnet ist, an dem die Stützkörper unabhängig voneinander in axialer Richtung geführt sind, daß das Widerlager äußere Axialflansche aufweist, an denen sich die Zentrierelemente in axialer Richtung abstützen, und daß die Zentrierelemente federnd gegen ihre Konusflächen gedrückt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Innenzentrierung von mitein­ ander zu verschweißenden Rohrstößen, - mit zwei Stützkörpern, die jeweils eine äußere Konusfläche aufweisen, wobei die sich verjüngenden Abschnitte der Konusflächen gegeneinander gerichtet sind, mit einer Vielzahl von radial verschieblichen Zentrierelementen, die auf den Konusflächen abgestützt sind, und mit einer Spanneinrichtung, die die Stützkörper in axialer Richtung der Rohrstöße relativ zueinander bewegt.

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt (KWU-Prospekt "Piping Systems" vom Juli 1985). Bei der bekannten Ausführung sind zwei Gruppen von jeweils zwei Stützkörpern vorgesehen, auf deren gegeneinander gerichteten Konusflächen sich jeweils eine Reihe von Zentrierelementen abstützt. Die Stützkörper jeder Gruppe werden mit einem zugeordneten hydraulischen Antrieb gegeneinander bewegt, wodurch die Zentrierelemente in radialer Richtung gegen das Ende eines Rohrstoßes gespannt werden. Jede Gruppe wird zunächst im Ende eines Rohrstoßes verspannt und danach werden die beiden Rohrstöße und damit die Gruppen zusammengeführt, wobei sie mit Hilfe einer Zentriereinrichtung zentriert werden. Die bekannte Vorrichtung ist konstruktiv aufwendig, erfordert verhältnismäßig hohe Herstellungskosten sowie beson­ dere Sorgfalt beim Einsatz.

Bei einer anderen Ausführung sind die als Stößel ausgebildeten Zentrierelemente radial in einem gemeinsamen Gehäuse geführt und auf Konusflächen von im Gehäuse radial verschieblichen Kolben abgestützt (DE 43 04 665 AI). Ferner ist es bekannt, als ringförmige Schraubenfedern ausgebildete Zentrierelemente zwischen Nuten bildenden und axial gegeneinander verschieblichen Konusflächen anzuordnen, die bei axialer Verschiebung die Schraubenfedern gegen die Innenwände der mit einander zu verschweißenden Rohre drücken (DE 86 23 042 U1; DE 87 01 827 U1).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine konstruktiv einfachere und kostengünstig herstellbare Vorrichtung anzugeben, die auch montagefreundlicher ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jedem Stützkörper eine Reihe von Zentrierelementen zugeordnet ist, daß zwischen den beiden Stützkörpern ein Widerlager angeordnet ist, an dem die Stützkörper unabhängig voneinander in axialer Richtung geführt sind, daß das Widerlager äußere Axialflansche aufweist, an denen sich die Zentrierelemente in axialer Richtung abstützen, und daß die Zentrierelemente federnd gegen ihre Konusflächen gedrückt sind. Diese Vorrichtung benötigt nur zwei mit Konusflächen versehene Stützkörper und das dazwischen angeordnete Widerlager. Mit Ausnahme der Zentrierelemente können alle Bauteile der Vorrichtung kostengünstig als Drehteile hergestellt werden. Für die Innenzentrierung von Rohrstößen wird die Vorrichtung als Ganzes in die miteinander zu verschweißenden Rohrstöße eingeschoben oder eingezogen, bis die den Stützkörpern zugeordneten Reihen der Zentrierelemente sich beidseits des Schweißspaltes am Ende des einen und des anderen Rohrstoßes befinden. Dann werden die beiden Stützkörper mit Hilfe der Spanneinrichtung gegeneinander bewegt, wobei sie vom Widerlager geführt und zentriert werden, während die Zentrierelemente, die sich in axialer Richtung an den Axialflanschen des Widerlagers abstützen, gegen die Innenwandung der Rohrstöße verspannt werden. Nach Fertigstellung der Schweißnaht wird die Spanneinrichtung gelöst und die Zentrierelemente gleiten aufgrund ihres federnden Andrucks in eine Ruhestellung zurück, bei der die Vorrichtung aus dem Rohr heraus bewegt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführung weist das Widerlager innere Axialflansche auf, die in zugeordnete Ringnuten der Stützkörper eingreifen, wodurch die Stützkörper gleichzeitig geführt und zentriert werden. Vorzugsweise besteht das Widerlager aus zwei miteinander verbundenen Scheiben, die jeweils einen inneren Axialflansch und einen äußeren Axialflansch aufweisen. Zumindest eine der Scheiben kann auf ihrer der anderen Scheibe zugewandten Stirnseite radiale Schutzgaskanäle aufweisen, die in eine zwischen den äußeren Axialflanschen angeordnete Umfangsnut münden, die außenseitig mit einem feinmaschigen oder feinporigen Material abgedeckt ist. Die Schutzgaszufuhr erfolgt dabei über einen der Stützkörper.

Die Zentrierelemente können außenseitig Ausnehmungen aufweisen, die eine durchgehende Umfangsnut für eine darin angeordnete Feder aufweisen. Damit die Vorrichtung auch durch und in Rohrkrümmern problemlos bewegt werden kann, sollten die neben den Ausnehmungen axial außen liegenden Abschnitte der Zentrierelemente radial kürzer sein als die axial innen liegen­ den Abschnitte.

Im Bereich der Enden der sich verjüngenden Abschnitte der Konusflächen können Anschläge für die Zentrierelemente vorgesehen sein, damit die Zen­ trierelemente in entspanntem Zustand nicht von den Konusflächen abgleiten können.

Die Spanneinrichtung weist vorzugsweise ein Zugelement auf, dessen eines Ende verschieblich durch den ersten Stützkörper geführt sowie am zweiten Stützkörper befestigt ist und dessen anderes Ende einen Gewindeabschnitt trägt, auf dem eine am ersten Stützkörper abgestützte Spannmutter ange­ ordnet ist. Das Zugelement kann im einfachsten Fall eine Stange oder auch ein Rohr sein, welches der Schutzgaszuführung dient.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung weist die Spanneinrichtung einen Bowdenzug auf, dessen Seele das Zugelement ist und dessen Hülle sich zwischen dem ersten Stützkörper und der Spannmutter erstreckt. Ein Bowdenzug ist zwar biegsam, besitzt aber soviel Steifigkeit, daß damit die Vorrichtung auch durch Rohrkrümmer bewegt werden kann, ohne daß der Bowdenzug, wie zum Beispiel ein einfaches Zugseil oder eine Kette, sich gegen die Innenseite des Rohrkrümmers legt und eine weitere Bewegung bremst oder gar verhindert. Die Rückstellkraft des Bowdenzuges kann durch Anziehen der Spanneinrichtung vergrößert werden.

Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt sowie eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Einsatz,

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung II-II durch den Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt in Richtung III-III durch den Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 4 eine andere Ausführung des Gegenstandes nach Fig. 1.

In Fig. 1 erkennt man zwei miteinander zu verbindende Rohrstöße 1, 2, von denen der Rohrstoß 1 zu einer bereits installierten Rohrleitung gehört, wäh­ rend der andere Rohrstoß 2 daran zentriert und unter Schutzgas ange­ schweißt werden soll.

Eine in die beiden Rohrstöße 1, 2 eingeführte Vorrichtung für die Innen­ zentrierung weist zwei Stützkörper 3, 4 mit jeweils äußeren Konusflächen 5, 6 auf, deren sich verjüngende Abschnitte gegeneinander gerichtet sind. Auf jeder der Konusflächen 5 bzw. 6 stützt sich in Umfangsrichtung eine Vielzahl von radial verschieblichen Zentrierelementen 7 ab. Die Zentrierelemente 7 jeder Reihe besitzen außenseitige Ausnehmungen 8, die eine durchgehende Umfangsnut für eine darin angeordnete Feder 9 bilden. Die Feder 9 ist bei der dargestellten Ausführung eine Rundschnurfeder aus einem hitzebeständigen Material mit großer Federkraft, insbesondere aus einem Fluor-Kautschuk, der auch unter dem Handelsnamen Viton® bekannt ist. Die Feder 9 drückt die Zentrierelemente gegen die Konusflächen 5 bzw. 6.

Zwischen den beiden Stützkörpern 3, 4 befindet sich ein aus zwei miteinander zum Beispiel durch eine Schraubverbindung 10 miteinander verbundenen Scheiben 11, 12, die jeweils einen inneren Axialflansch 13 und einen äußeren Axialflansch 14 aufweisen. An den äußeren Axialflanschen 14 sind die beiden Reihen der Zentrierelemente 7 in axialer Richtung abgestützt. Die inneren Axialflansche 13 des Widerlagers greifen in zugeordnete Ringnuten 15 der Stützkörper 3, 4 ein, zentrieren die Stützkörper 3, 4 und führen sie in axialer Richtung.

Zu der Vorrichtung gehört auch eine Spanneinrichtung mit einem Zug­ element 16, das bei der dargestellten Ausführung ein Rohr ist, welches bei der Ausführung nach Fig. 1 durch eine zentrale Durchgangsbohrung des Stützkörpers 4 geführt und in einer zentralen Gewindebohrung 17 des anderen Stützkörpers 3 befestigt ist. Das freie Ende des Zugelementes 16 weist ein Außengewinde 18 für eine darauf aufgedrehte Spannmutter 19 auf, die sich über ein das Zugelement 16 umgebendes Rohr 20 an der Außenseite des Stützkörpers 4 abstützt.

An das freie Ende des Zugelementes 16 ist eine Schutzgaszuführung 21 angeschlossen. Im Anschlußbereich der beiden Scheiben 11, 12 des Wider­ lagers weist das Zugelement 16 Radialbohrungen 22 auf, die in eine ring­ förmige Ausnehmung 23 der Scheibe 15 münden. Von der Ausnehmung 23 gehen radiale Schutzgaskanäle 24 aus, die in eine zwischen den äußeren Axialflanschen 14 der beiden Scheiben 11, 12 angeordnete Umfangsnut 25 münden. Diese Umfangsnut 25 ist außenseitig mit einem feinmaschigen oder feinporigen Material 26 abgedeckt, damit unterhalb des Schweißspaltes 27 eine laminare Schutzgasströmung entsteht.

Mit Ausnahme der Zentrierelemente 7 bestehen alle Bauteile der Vorrichtung aus kostengünstig herzustellenden Drehteilen.

Die dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Bei gelöster Spanneinrichtung befinden sich die Zentrierelemente 7 unter der Wirkung ihrer Federn 9 im Bereich der Konusabschnitte mit kleinerem Durchmesser. Im Bereich der Enden der sich verjüngenden Abschnitte der Konusflächen 5, 6 sind Anschläge 28 für die Zentrierelemente 7 vorgesehen, die verhindern, daß die Zentrierelemente 7 von den Konusflächen 5 bzw. 6 abgleiten können. In diesem Zustand wird die Vorrichtung in die miteinander zu verschweißenden Rohrstöße 1, 2 soweit eingeführt, bis sich eine Reihe der Zentrierelemente 7 im Bereich des Rohrstoßes 1 und die andere Reihe der Zentrierelemente 7 im Bereich des Rohrstoßes 2 befindet. Dann wird die Spanneinrichtung betätigt, wodurch die beiden Stützkörper 3, 4 zentriert und geführt gegeneinander bewegt werden. Dabei gleiten die Zentrierelemente 7 der beiden Reihen, die sich an den Axialflanschen 14 abstützen, radial nach außen und zentrieren die Rohrstöße 1, 2. Eine Zentrierung findet auch statt, wenn die Durchmesser der beiden Rohrstöße 1, 2 nicht exakt gleich sind, sondern voneinander abwei­ chen, weil die Zentrierelemente 7 jeder Reihe unabhängig voneinander auf ihren zugeordneten Konusflächen 5 bzw. 6 gleiten. Nach der Zentrierung wird Schutzgas zugeführt und die beiden Rohrstöße 1, 2 können längs des Schweißspaltes 27 miteinander verschweißt werden. Nach Fertigstellung der Schweißnaht wird die Spanneinrichtung gelöst, wodurch die Stützkörper unter der Wirkung der Federn 9 axial auseinander bewegt werden, so daß die Vor­ richtung aus dem Rohr heraus bewegt werden kann.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Bei den Rohrstößen 1, 2 handelt es sich um Rohrkrümmer. Damit die Vorrichtung leichter durch die Rohrkrümmer bewegt werden kann, sind an den Zentrierelementen 7 die neben den Ausnehmungen 8 außen liegenden Abschnitte 29 der Zentrierelemente 7 radial kürzer als die axial innen liegenden Abschnitte 30.

Die Stützkörper 3, 4 weisen axial außen Gewindezapfen 31 auf, auf die mit den Rohrstößen 1 bzw. 2 dichtende Dichtscheiben 32 aufgesetzt sind, die mit auf die Gewindezapfen 31 aufgedrehten Muttern 33 gehalten sind. Der Gewindezapfen 31 des Stützkörpers 3 weist zwischen dem Stützkörper 3 und der Dichtscheibe 32 Radialbohrungen 34 auf, die in eine zentrale Sack­ bohrung 35 münden, so daß überschüssiges Schutzgas, welches zwischen den Zentrierelementen 7 austritt, abfließen kann, wie das durch Pfeile 36 angedeutet ist.

Die Spanneinrichtung ist bei dieser Ausführung als Bowdenzug 36 ausge­ bildet, dessen Seele das im Stützkörper 3 befestigte Zugelement 16 bildet und dessen Hülle 37 als Abstützung zwischen dem Stützkörper 4 und der Spann­ mutter 19 dient. Neben der Spannmutter 19, jedoch zwischen Spannmutter 19 und Stützkörper 4, mündet in den Bowdenzug 36 die Schutzgaszuführung 21, so daß Schutzgas durch den Bowdenzug 36 und den Stützkörper 4 bis in den Bereich des Schweißspaltes 27 strömen kann.

Mit dieser Spannvorrichtung läßt sich die Vorrichtung innerhalb einer Rohr­ leitung, die Rohrkrümmer aufweist, leichter manipulieren, weil der Bowdenzug 36 eine gewisse Steifigkeit besitzt, gleichwohl aber biegsam ist und dadurch verhindert werden kann, daß der Bowdenzug 36 beim Schieben oder Ziehen der Vorrichtung innerhalb der Rohrleitung sich gegen die Innenseite eines Rohrkrümmers legt und dadurch eine weitere Bewegung der Vorrichtung bremst oder ganz verhindert.

Claims (9)

1. Vorrichtung für die Innenzentrierung von miteinander zu verschweißenden Rohr­ stößen, - mit zwei Stützkörpern, die jeweils eine äußere Konusfläche aufweisen, wobei die sich verjüngenden Abschnitte der Konusflächen gegeneinander gerichtet sind, mit einer Vielzahl von radial verschieblichen Zentrierelementen, die auf den Konusflächen abgestützt sind und mit einer Spanneinrichtung, die die Stützkörper in axialer Richtung der Rohrstöße relativ zueinander bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Stützkörper (3, 4) eine Reihe von Zentrier­ elementen (7) zugeordnet ist, daß zwischen den beiden Stützkörpern (3, 4) ein Widerlager angeordnet ist, an dem die Stützkörper (3, 4) unabhängig voneinander in axialer Richtung geführt sind, daß das Widerlager äußere Axialflansche (14) auf­ weist, an denen sich die Zentrierelemente (7) in axialer Richtung abstützen, und daß die Zentrierelemente (7) federnd gegen ihre Konusflächen (5, 6) gedrückt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager innere Axialflanschen (13) aufweist, die in zugeordnete Ringnuten (15) der Stützkörper (3, 4) eingreifen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager aus zwei miteinander verbundenen Scheiben (11, 12) besteht, die jeweils einen inneren Axialflansch (13) und einen äußeren Axialflansche (14) aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest eine der Scheiben (12) auf ihrer der anderen Scheibe (11) zugewandten Stirnseite radiale Schutzgaskanäle (24) aufweist, die in eine zwischen den äußeren Axialflanschen (14) angeordnete Umfangsnut (25) münden, die außenseitig mit einem feinmaschigen oder feinporigen Material (26) abgedeckt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zentrierelemente (7) außenseitig Ausnehmungen (8) aufweisen, die eine durchgehende Umfangsnut für eine darin angeordnete Feder (9) bilden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die neben den Ausnehmungen (8) axial außen liegenden Abschnitte (29) der Zentrierelemente (7) radial kürzer sind als die axial innen liegenden Abschnitte (30).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich der Enden der sich verjüngenden Abschnitte der Konusflächen (5, 6) Anschläge (28) für die Zentrierelemente (7) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spanneinrichtung ein Zugelement (16) aufweist, dessen eines Ende verschieblich durch den ersten Stützkörper (4) geführt sowie am zweiten Stützkörper (3) befestigt ist und dessen anderes Ende einen Gewindeabschnitt (18) trägt, auf dem eine am ersten Stützkörper (4) abgestützte Spannmutter (19) ange­ ordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung einen Bowdenzug (36) aufweist, dessen Seele das Zugelement (16) ist und dessen Hülle (37) sich zwischen dem ersten Stützkörper (4) und der Spannmutter (19) erstreckt.